北京郵電大學(xué)：TD-LTE直面挑戰

　　TD-SCDMA演進(jìn)系統TD-LTE及后續的TD-LTE+系統，面對來(lái)自世界范圍內LTEFDD、UMB和WiMAX的競爭壓力和挑戰，在良好的國內策略及市場(chǎng)導引下和在業(yè)已成熟完善的產(chǎn)業(yè)鏈背景下，必將以其優(yōu)異的技術(shù)殺出重圍，增強我國在世界移動(dòng)通信領(lǐng)域內的競爭力。

　　幀結構統一邁向4G第一步

　　近年來(lái)，3G網(wǎng)絡(luò )的大規模部屬已經(jīng)悄然開(kāi)始，而國際上對于3G以后(Beyond3G)，即4G系統的標準制訂工作也已經(jīng)開(kāi)始提上議事日程。國際電信聯(lián)盟從2000年啟動(dòng)4G相關(guān)研究，于去年11月16日結束的2007年世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì )(WRC-07)上為國際IMT(第三代及第四代移動(dòng)通信系統)確定了新的頻段，并從2008年開(kāi)始向全世界征求4G候選技術(shù)。2007年3月，中國信息產(chǎn)業(yè)部成立了IMT-Advanced推進(jìn)組，其主要任務(wù)之一就是推進(jìn)TD-SCDMA在國際標準化組織內的順利演進(jìn)。

　　就目前TD-SCDMA演進(jìn)標準的進(jìn)程來(lái)看，在2007年11月召開(kāi)的3GPP　RAN151次會(huì )議上通過(guò)了由27家公司聯(lián)署的LTETDD融合的幀結構建議，今后LTDTDD的幀結構不再分為T(mén)ype1和Type2，而是統一成為一種，并且這一幀結構被確定為基于我國的TD-SCDMA的幀結構。

　　TD-LTE優(yōu)勢凸顯

　　但是，TD-LTE在其發(fā)展過(guò)程中，也必將要應對來(lái)自其他系統的挑戰，這主要包括3GPP中LTEFDD陣營(yíng)、3GPP2的UMB陣營(yíng)和同樣采用TDD方式的WiMAX(IEEE802.16e及演進(jìn)版本IEEE802.16m)陣營(yíng)。其中，3GPP2已確定UMB為CDMA2000系列標準的演進(jìn)升級版本，也于日前正式公布了空中接口規范；IEEE于2005年底推出了支持移動(dòng)性的寬帶無(wú)線(xiàn)接入標準IEEE802.16e，并于近期成為了國際3G標準中的一員，其演進(jìn)版本IEEE802.16m正在向全球征集技術(shù)提案，也必將成為4G的有力候選者。

　　面對這些挑戰，TD-LTE系統具有其自身的優(yōu)勢，這主要是來(lái)自于TD-SCDMA現有的核心技術(shù)大部分得到了繼承、擴展和增強，同時(shí)也有與MIMO、OFDM主流技術(shù)有機結合，引入新型技術(shù)以顯著(zhù)提高系統性能，為在未來(lái)的4G標準中能夠取得更多的專(zhuān)利提供了可能。

　　考慮到目前3GPPLTE已經(jīng)完成了技術(shù)提案的征集工作，LTE的標準(TR36系列)已經(jīng)進(jìn)入完善的過(guò)程中，不再會(huì )有大的改動(dòng)。相對于3GPP對3G系統所制定的標準，LTE標準有個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)，就是在整個(gè)標準的制定過(guò)程中充分考慮了TDD和FDD模式的相似性，即所采用的各種技術(shù)要盡量減少在兩種應用下需要做的修改。我認為這種思路對于TD-LTE的發(fā)展和應用來(lái)說(shuō)是利大于弊的：首先，3G標準中的WCDMA和CDMA2000由于商用啟動(dòng)時(shí)間較早，而且在技術(shù)層面的發(fā)展成熟也有清晰的路線(xiàn)，無(wú)論在起跑點(diǎn)還是國際上的關(guān)注程度來(lái)說(shuō)都優(yōu)于TD-SCDMA，那么如果在LTE中盡量消除TDD與FDD的差異的話(huà)，很多FDD系統的演進(jìn)版本也將支持TDD系統，這對TD-LTE系統的成熟和國際市場(chǎng)推廣具有良好的推動(dòng)作用；其次，針對未來(lái)有限的頻帶資源，TD-LTE相對于LTE　FDD來(lái)說(shuō)具有“天然”的優(yōu)勢，這為運營(yíng)商考慮在有限頻帶上提供服務(wù)，并同時(shí)不用額外增加很多設備重復投資提供了可能，那么對于那些已經(jīng)部署了FDD制式的運營(yíng)商來(lái)說(shuō)TD-LTE也將會(huì )是不錯的選擇；再次，針對TDD的特點(diǎn)，可采用多種先進(jìn)技術(shù)來(lái)提高性能，比如像基于智能天線(xiàn)的多流MIMO技術(shù)，信號處理算法更加靈活和有效?？偠灾?，LTE中TDD與FDD的差異很大程度上僅表現在幀結構上，在技術(shù)層面上，包括多址方式、多天線(xiàn)方案和調制編碼方式等等都保持了很高的一致性，而這種要求是有利于TD-LTE的初期發(fā)展的。

　　挑戰猶存

　　3GPP2為CDMA2000系列標準制定的演進(jìn)升級版本命名為UMB，是與3GPP的LTE平行的一個(gè)概念，很多系統需求和增強型的物理層技術(shù)都與LTE相同，比如都支持可升級至20MHz的帶寬，都是以OFDMA技術(shù)為基礎，并針對無(wú)線(xiàn)移動(dòng)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)寬帶系統，也同樣采用了AMC、HARQ以及MIMO技術(shù)以更有效地提高傳輸速率和接收性能。但相對于LTE來(lái)說(shuō)，UMB也有其自身的特點(diǎn)，它是3G標準中CDMA2000的演進(jìn)版本，因此在標準中繼承了部分原來(lái)CDMA系統的技術(shù)。根據3GPP2公布的數據，UMB系統由于采用了64QAM調制方式和4×4MIMO以后，系統在20MHz帶寬中前、反向物理鏈路上可以達到的峰值速率為288Mbps/75Mbps，并且對于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，如VoIP進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)系統信令開(kāi)銷(xiāo)的降低，將VoIP容量擴大到4倍以上。但從其物理層上來(lái)說(shuō)，UMB仍然采用的是FDD的雙工方式，也必然存在如前述相對于TDD的“天然”的劣勢。另外，雖然業(yè)界對UMB能提供的良好用戶(hù)體驗持樂(lè )觀(guān)的態(tài)度，但是由于某種技術(shù)的發(fā)展前景也必將是其所處的市場(chǎng)環(huán)境、政府策略導向以及整條產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展來(lái)決定的，所以筆者對UMB在國內的應用前景持謹慎態(tài)度。

　　相對于前述的FDD系統來(lái)說(shuō)，對TD-LTE構成的最大挑戰來(lái)自于WiMAX陣營(yíng)。WiMAX的提出可以追溯到2004年，IEEE為了應對城域寬帶無(wú)線(xiàn)接入的發(fā)展，于當年正式發(fā)布固定WiMAX802.16d標準，為城域范圍內的固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入提出了一種解決方案，為了迎合全球通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展移動(dòng)化和寬帶化結合的趨勢，于2005年底推出了支持移動(dòng)性的WiMAX802.16e，并于日前成為了國際3G標準中的一員，加入到3G標準在國際范圍內的大博弈中。而其演進(jìn)版本IEEE802.16m正在向全球征集技術(shù)提案，面向的就是ITU的4G標準方案，因此WiMAX成為了TD-LTE的又一個(gè)有力的競爭者。之所以說(shuō)它相對于FDD系統來(lái)說(shuō)更具有挑戰性，是因為WiMAX所提交的標準方案也是采用TDD的模式，在頻譜分配及設備方面具有非常多的相似性，而物理層方面也具有很多類(lèi)似的技術(shù)，這無(wú)疑為我國自主知識產(chǎn)權的TD-SCDMA乃至演進(jìn)系統的商業(yè)化道路上增加了變數。但是，筆者認為T(mén)D-LTE無(wú)論從技術(shù)層面還是市場(chǎng)層面相對于WiMAX都具有一定的優(yōu)勢，最突出的表現是國內已經(jīng)積累了TD-SCDMA大規模組網(wǎng)的經(jīng)驗，已建立了芯片、終端、基站、核心網(wǎng)、配套軟件、儀表等完整的產(chǎn)業(yè)鏈，而WiMAX尚沒(méi)有成熟的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，也就無(wú)現今大規模組網(wǎng)的可能性，并且WiMAX的標準在制定過(guò)程中，由于要兼顧各方面存在的諸多利益，故存在很多的候選項，雖然增加了靈活性，但這喪失了相關(guān)行業(yè)，特別是設備制造商的統一性，也會(huì )對日后組網(wǎng)設備的兼容性產(chǎn)生不可預期的影響。當然，由于兩者都是采用TDD的雙工方式，很多技術(shù)也都是可以互相借鑒和進(jìn)步的，特別是在TD-LTE的后續演進(jìn)中，也許能夠達到一定程度的融合。

　　各種3G系統向IMT-Advanced可能的演進(jìn)如圖所示，為保持TD-SCDMA的可持續發(fā)展，并進(jìn)一步擴大我國在未來(lái)4G系統中的自主知識產(chǎn)權，以信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院、中國移動(dòng)研究院、華為、中興、大唐等企業(yè)和以清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)等高校為核心，從2006年10月開(kāi)始共同開(kāi)展IMT-Advanced研究工作，并向ITU提交了我國自主的4G技術(shù)提案，一方面對TD-SCDMA特色核心技術(shù)進(jìn)行擴展和增強，使之與MIMO、OFDMA主流技術(shù)更有效地結合，主要體現在更好的多址方式、對智能天線(xiàn)技術(shù)在MIMO下的擴展、針對新型多址方式的新型聯(lián)合檢測技術(shù)和TDD下的同步技術(shù)等；另一方面對在OFDMA+MIMO共性技術(shù)和現有標準基礎上提出新型技術(shù)，進(jìn)一步提高系統性能，主要體現在先進(jìn)的調制技術(shù)、小區間干擾協(xié)調方案、有效的信道編碼，甚至考慮中繼和分布式天線(xiàn)等增強型技術(shù)。